Polypyrrole‐Doped NH4V3O8 with Oxygen Vacancies as High‐Performance Cathode Material for Aqueous Zinc‐Ion Batteries

聚吡咯 阴极 材料科学 水溶液 氧气 离子 化学工程 电化学 电极 兴奋剂 聚合物 无机化学 聚合 复合材料 化学 冶金 有机化学 光电子学 物理化学 工程类
作者
Xuanxuan Cai,Yu Zhang,Huanhuan Cheng,Chenfan Liu,Zhiwen Wang,Hang Ye,Yanliang Pan,Dianzeng Jia,He Lin
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (50) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/smll.202304668
摘要

Abstract The inherent slow diffusion dynamics of aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) act as a significant hindrance to their universal utilization as energy storage systems, largely attributed to the scarcity of superior cathode materials. In this study, a novel method that amalgamates oxygen defect engineering and polymer intercalation, guided by theoretical computations, to confront this challenge, is introduced. This approach begins with density functional theory calculations, demonstrating that the shielding effect rendered by polypyrrole (PPy) between NH 4 V 3 O 8 (NVO) layers, along with the cooperative influence of oxygen defects (O d ), optimizes the kinetic transport of Zn 2+ . Leveraging these theoretical outcomes, a two‐step hydrothermal synthesis procedure is devised to fabricate PPy‐intercalated NVO embedded with O d (NVO‐O d @PPy). The empirical findings corroborate the theoretical predictions, showcasing that the NVO‐O d @PPy//Zn system manifests exceptional cycling stability. Specifically, the NVO‐O d @PPy electrode delivers an optimal reversible capacity, yielding 421 mAh g −1 at a current density of 0.1 A g −1 . Remarkably, even at an elevated current density of 10 A g −1 , it sustains a capacity of 175.7 mAh g −1 , while maintaining a capacity retention of 99% over 1000 cycles. This research provides pivotal insights for the engineering of high‐performing cathode materials for AZIBs, paving the way for their future advancements.
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